DE2556003A1

DE2556003A1 - Verfahren zur herstellung eines synthesegases

Info

Publication number: DE2556003A1
Application number: DE19752556003
Authority: DE
Inventors: Peter Leonard Paull; Warren Gleason Schlinger
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1974-12-18
Filing date: 1975-12-12
Publication date: 1976-07-01
Also published as: IN143931B; GB1496838A; BR7508321A; NO150518C; CA1060653A; US3976442A; DE2556003C2; AU500141B2; FR2295119B1; NL175069B; NO150518B; AU8711275A; NO754002L; FR2295119A1; AR211004A1; ZA757418B; JPS5183602A; NL7514372A; BE836584A; JPS6038439B2

Description

Patentassessor Hamburg, den 8. Dez. 1975

2 Hamburg 13

Mittelweg 180 T 75 057 (D 74-,323-F)

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION 135 East 42nd Street New York, N.Y. 10017 U.S.A.

Verfahren zur Herstellung eines Synthesegases

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Synthesegases, das aus einem oder mehreren Stoffen der folgenden Gruppe besteht: CO, H₂, CO₂, H₂O, CH^, H₃S₁ COS, N₂ und A. Als Einspeisung wird in dem vorliegenden Verfahren mit festem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff und einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas, wie Luft, oder im wesentlichen reiner Sauerstoff, gearbeitet.

Die Ölkrise hat es erforderlich gemacht, daß die bestehenden Verfahren zur Herstellung von Synthesegas weiter verbessert und neue Rohstoffquellen erschlossen werden. Die Kohle ist gegenwärtig ein vielversprechendes Rohmaterial für die Herstellung von Synthesegas, d. h. Mischungen von 00+H₂, sowie synthetischem Erdgas (SNG). Die bekannten Verfahren arbeiten überwiegend nach dem Prinzip der Partialoxidation, wobei in einem Synthesegasgenerator Brennstoff, sauerstoffhaltiges Gas und gegebenenfalls ein Temperaturmoderator zur Herstellung des gewünschten Produktgases eingeleitet werden.

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Gewöhnlich wird HpO als Temperaturmoderator bei der Partialoxidation von kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffen zur Herstellung von Synthesegas verwendet. Bei der Verwendung von Wasser treten jedoch Nachteile im Zusammenhang mit festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen auf, wenn die wasserlöslichen Bestandteile abgetrennt werden und sich auf den Heizflächen der Anlage abscheiden. Weiterhin wird durch die hohe Verdampfungshitze des Wassers der thermische Wirkungsgrad des Verfahrens herabgesetzt. Nach US-PS 3 705 108 werden zusätzlich zu HpO Inertgase wie etwa Stickstoff und COp zur Steuerung der ölverbrennung vorgeschlagen.

Eine prinzipielle Einschränkung für den Gebrauch der großen, schwefelhaltigen Kohlereserven ist durch die Umweltschutzgesetze gegeben. Mit dem erfindungsgemäßen Vergasungsverfahren wird ein gangbarer Weg gewiesen, um die schwefelhaltigen Kohlebestände für einen breiten Einsatzbereich insbesondere zur Herstellung von Synthesegas, Speisegas und zur Energieerzeugung auszunutzen. Dabei soll die Umwelt in möglichst geringem Maße beeinträchtigt werden. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, die Herstellung von Synthesegas (H_o+C0) und die wei-

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tere Umsetz-/ von Synthesegas durch katalytische Synthese in Sauerstoff enthaltende Kohlenwasserstoffe, wie Alkohole, Aldehyde, und im Benzin- und Dieselbrennstoff an der Gewinnungsstätte selbst durchzuführen. Ein Überlandtransport der Hauptmasse der Kohle, insbesondere der abgebauten Rohkohle,soll vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht in einem verbesserten, kontinuierlichen Partialoxidationsverfahren zur Herstellung von Synthesegas oder Heizgas aus gasförmigen COp/iesten, kohlenstoffhaltigen Brennstofen. Ein fester, kohlenstoffhaltiger Brennstoff wie feinzerriebene Kohle au? einem druckbeaufschlagten Verschlußbehälter wird direkt in verdichteten , CO^-reiche Gasstrom von hoher Geschwindigkeit eingeleitet. Dieser

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trägt die Kohlenstoffteilchen in einen durchflußhindernisfreien, niehtkatalytisehen Gasgenerator, indem die Partialoxidation mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas stattfindet. Die Partialoxidation wird vorzugsweise unter Abwesenheit von Zusatzwasser - ausgenommen des normalerweise in den Reaktanden anwesenden Wassers - durchgeführt. Es werden dabei gasförmige Mischungen, die prinzipiell Hp, GO, COp und HpO enthalten, hergestellt. Ein COp-reicher Gasstrom wird in einer späteren Verfahrensstufe erhalten und in das unter Druck stehende Einpeisungssystem zurückgeführt. Der GOp-reiche Strom gilt als Träger für den kohlenstoffhaltigen Brennstoff und als Reaktand in der Eeaktionszone.

Die Vorteiledes vorliegenden Verfahren bestehen darin, daß durch Benutzung des COp-reichen Gasstromes als Transportmedium für den festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff und als Reaktand bei der Produktion von Synthesegas mittels Partialoxidation eine zusätzliche Quelle für Produktgas erhalten wird. Weiterhin wird dadurch die Reduktion von Kohlenstoff in einer Stufe durch die Reaktion C+COp = 2 CO ermöglicht. Durch das Verfahren wird es ermöglicht, ein zuverlässiges und steuerbares Einspeisen der preisgünstigen, sehr schwefelhaltigen festen Brennstoffmaterialien vorzunehmen. Die Ausbeute pro eingesetzter Speiseeinheit kann erhöht und die Menge der Hilfsstoffe reduziert werden. Eine Verschmutzung des Wärmeaustauschers, die bei der Verdampfung von Kohle/Wasseraufschlämmung außerhalb des Brenners auftritt, wird unterbunden. Eine tJberschußproduktion an Wärme wird unterbunden. Eine Wärmeabgabe kann verhindert werden, wenn eine Abhitzekessel benutzt wird, um Wärme aus dem Synthesegas zu gewinnen. Weiterhin kann der Taupunkt des Synthesegases abgesenkt werden, um eine größere Wirksamkeit der Wärmewiedergewinnung zu erzielen. Die Produktion von schwefelfreiem Synthesegas mit einem hohen CO-Gehalt wird ermöglicht. Die Herstellung eines Speisestroms für den Claus-Prozeß und die Herstellung von Schwefel kann vereinfacht werden.

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Feste, kohlenstoffhaltige Brennstoffe werden vorzugsweise zu einer Teilchengröße zerrieben, so daß 100 % des Materials durch ein Standardsieb der Größe ASTM E 11-70, 425 pi (Alternative Nr. 40) und daß zumindest 80 % durch ein Standardsieb der Größe ASTM E 11-70, 75 um (Alternative Nr. 200) passieren kann. Der zerriebene kohlenstoffhaltige Brennstoff wird dann in einen Speicherbehälter bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck gelagert.

Der Begriff "fester, kohlenstoffhaltiger Brennstoff" wird zur Beschreibung von geeigneten festen kohlenstoffhaltigen und kohlenwasserstoffhaltigen Einspeiseströmen für den vorliegenden Prozeß benutzt. Er umfaßt verschiedene Materialien und Mischungen aus der Gruppe, bestehend aus Kohle, Koks aus Kohle, Holzkohle, Petroleumkoks, Kohlenstoffteilchen/Ruß, ölschiefer, Teersand, Pech. Alle Kohletypen können im Verfahren benutzt werden einschließlich Anthrazitkohle, Bituminen- und Holzkohle. Die Kohlenstoffteilchen können ein Beiprodukt des erfindungsgemäßen Partialoxidationsverfahrens sein oder aus der Verbrennung von fossilen Brennstoffen stammen. Der Ausdruck "feste, kohlenstoffhaltige Einpeisung" umfaßt ferner kohl· enwasserstoffhaltige und kohlenstoffhaltige Materialien, wie Asphalt, Gummi, Gummireifen allein oder in Zusammenmischung mit einem oder mehreren der vorher aufgezählten Materialien, die zerrieben oder entsprechend der vorstehenden Sieb-Analyse pulverisiert wurden. Übliche Zerkleinerungs- und

Mahlverfahren können zur Umwandlung der festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffe oder Brennstoffmischungen in eine geeignete Größe benutzt werden.

Der Feuchtigkeitsgehalt der festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffe liegt im Bereich von etwa 0 bis 10 Gew.-% und vorzugsweise im Bereich von 0 bis 2 Gew.-%. Eine Vortrocknung mag in manchen Fällen notwendig sein, um diese Werte zu erreichen.

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Das unter Druck stehende Einspeisungssystem wird i*¹ dem vorliegenden Verfahren benutzt, um die feinzerriebenen, festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffe im Hochdruck- und Hochgeschwindigkeitsstrom des CO^-reichen Gases zu dispergieren. Das C0_o-reiche Gas hat einen Druck von etwa 22,7 bis 2070 kg/cm und eine Geschwindigkeit von etwa 1,5 "bis 150 m/sek. Das Einspeisungssystem umfaßt eine pneumatische Transporteinheit, einen Gas/Festkörperseparator, einen Speisestrombehälter, einen Verschlußbehälter, einen unter Druck stehenden Betriebstank und eine positive Einspeisung/Meßeinrichtung.

Im Betrieb benutzt das pneumatische Transportsystem Stickstoff oder COp-reiches Gas, das weder eine Explosion noch eine Flammenentzündung verursachen kann, als Trägerstrom zum Transport der festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffe aus der Mühle zum Gas/Festkörperseparator. Stickstoff ist in beliebiger Menge als Nebenprodukt einer Lufttrennanlage vorhanden, die im übrigen reinen Sauerstoff zur Reaktion im Gasgenerator herstellt. COp-reiches Gas kann aus einem Separator in einem späteren Verfahrensschrit abgezogen werden und enthält dann in Mol.% CO: 80 bis 100 und H^S: 0 bis 20. Wahlweise kann das Trägergas vorgeheizt werden auf eine Temperatur von etwa 26,7 "bis 149 ⁰C, um bei der Trocknung der zerriebenen, festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffe während des Transports zu helfen. Eine oder mehrere Zyklone können zur Abtrennung des Trägergases von den Teilchen des festen Brennstoffes benutzt werden. Die festen Brennstoffteilchen fallen dann am Boden des Zyklonabscheiders aus und von dort in einen Speisebehälter bei Raumtemperatur und Atmosparendruck, wie im folgenden näher beschrieben wird.

Die festen Brennstoffteilchen fallen durch die Schwerkraft zunächst in einen Verschlußbehälter und dann in einen unter Druck stehenden Betriebstank. Der Verschlußtank wird zwischen den Verfahrensstufen gelüftet. Verdichtetes, C0_o-reiches Gas wird bei einem Druck im Bereich von 22,7 "bis 2070 kg/cm und einem Temperaturbereich von 26,7 bis 149 ⁰C in den oberen Teil des unter Druck befindlichen Betriebstankes eingegeben. Abgelas-

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senes, COp-reiches Gas aus dem Verschlußbehälter kann in den Ansaugteil des COp-Kompressors zurückgegeben werden. Der zerriebene Festbrennstoff fällt vom Boden des Betriebstanks in einen steuerbaren Einspeiser, der zur Bemessung der Teilchenmenge des Festbrennstoffs in einen Mixer benutzt wird. Beispielsweise kann eine mit verschiedener Geschwindigkeit laufende Transportschnecke oder eine Rasterscheibe benutzt werden, um das pulverisierte Material in eine Passage des Düsenmischers einzugeben, während ein komprimierter COp-reicher Gasstrom, der in einer späteren Verfahrensstufe gewonnen wird, durch die andere Passage des Düsenmischers gegeben wird. Mittels einer Venturi-Düse im Düsenmischer wird eine kontrollierte und leichte Drucksenkung innerhalb des Mischers erreicht. In einer anderen Ausführung kann der Druckabfall durch Differentialdrucksteuerung eines Drosselsventils erreicht werden. Dieses Ventil ist im COp-reichen Gasstrom in AufStromrichtung eines durchflußhindernisfreien T-Mischers angebracht. Der Ausdruck "T-Mischer" wird in dieser Beschreibung für die besondere Verbindung einer Förderleitung zwischen dem Einlaß- und dem.Auslaßende einer Durchgangsleitung benutzt, wobei der Anstellungswinkel im Bereich von etwa 15 bis 90 ° liegt.

Eine sorgfältig gemischte Dispersion an zerriebenem, festem ₇ kohlenstoffhaltigem Brennstoff und COp-reichem Gas, das einen Festkörperanteil in Gew.-% von etwa 25 bis 70 hat, verläßt das Ausstromende des Mischers und kann vorzugsweise durch einen Wärmeaustauscher oder einen Erhitzer geführt werden. Beispielsweise wird ein Röhrenerhitzer mit relativ großer Länge im Vergleich zur Querschnittsfläche benutzt.. Das Volumen und die Geschwindigkeit der Dispersion innerhalb des Röhrenerhitzers werden derart gewählt, daß mit Sicherheit Turbulenz eintritt. Unter diesen Bedingungen gelingt bei dem oben angegebenen Druck und der Hitze der weitere Abbau und die Auflösung der festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffteile in feinverteilte, kohlenstoffhaltige Festkörperteilchen und deren Aufnahme in die verwirbelte Dispersion des COp-reichen Gases. Die Dispersion des zerriebenen, festen Brennstoffs und COp-reichen Gases

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wird "bei einer Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis 316°C und "bevorzugt nach einer Vorheizung auf eine Temperatur von etwa 26,7 "bis 649 ⁰C in einen durchflußhindernisfreien, niehtkatalytisehen Synthesepasgenerator bei einem Druck von etwa 2,11 bis 352 kg/cm , vorzugsweise bei etwa 14,1 bis 105

kg/cm und einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 1,5 bis 150 m/sek, vorzugsweise 30 bis 90 m/sek., durchgeführt.

Die Dispersion des COp-reichen Gases mit dem festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff wird sorgfältig mit einem Strom aus freiem Sauerstoff in der Reaktionszone eines durchflußhindernisfreien, packungsfreien Synthesegasgenerators vermischt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird kein zusätzliches HpO aus einer externen Quelle in die Reaktionszone eingegeben mit der Ausnahme relativ kleiner Bestandteile an HpO, die in den Reaktanden enthalten sind.

Über den Einlaß eines geeigneten Ringbrenners wird der COpreiche, festenKohlenstoff enthaltende Speisestrom in die Reaktionszone des Gasgenerators eingegeben. Gleichzeitig wird ein Strom an freien Sauerstoff enthaltendem Gas in die Reaktionszone des Gasgenerators, vorzugsweise über die zentrale Achse des Brenners bei einer Temperatur von etwa 25,7 bis 149 C, vorzugsweise von 93,3 £>is 260 ⁰C und bei einem Druck von 3,52 bis 353 kg/cm und vorzugsweise bei 14,1 bis 105 kg/cm eiSfe-^ *

Der Ausdruck "freien Sauerstoff enthaltendes Gas" schließt die folgenden Stoffe ein: Luft, sauerstoffangereicherte Luft mit mindestens 22 Mol.% Sauerstoff, im wesentlichen reinen Sauerstoff mit zumindest 95 Mol.% Sauerstoffrest,-enthaltend N^ und seltene Gase.

Die Abzugsgeschwindigkeit des freien Sauerstoff enthaltenden Gases liegt im Bereich von etwa 33 m/sek bis Schallgeschwindigkeit an der Brennerspitze und vorzugsweise im Bereich von 60 bis 180 m/sek. Es ist sehr RÜnstig, wenn die Relativgeschwin-

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digkeit zwischen den in den Brenner gleichzeitig eingegebenen Gasströmen mindestens 30 m/sek. beträgt . Die Einspeisung in den Brenner kann vernretauscht werden. So wird die Dispersion aus COp-reichec Gas und festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff durch die zentrale Leitung: eingegeben, während der freien Sauerstoff enthaltende Gasstrom durch die Ringleitung des Brenners geführt wird.

Die relativen Anteile des festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffs, /GOp und freien Sauerstoff in der Reaktionszone des Gasgenerators werden so gewählt, daß eine sich selbst einstellende Temperatur in der Gasgenerationszone im Bereich von 649 bis 164-9 °G sichergestellt wird. Dadurch soll eine teilchenförmige Phase hergestellt werden, die Asche und etwa 0,1 bis 20 Gew.-% von organischen Kohlenstoff in der Einspeisung, vorzugsweise etwa 1 bis 4 Gew.-% enthält. Die Teilchenphase wird im Abgasstrom, das die Reaktionszone zusammen mit nichtverbrennbaren Aschebestand'teilen verläßt, mitgerissen.

Andere Verfahrensbedingungen in dem Gasgenerator sind folgende: der Druck liegt im Bereich von etwa 2,11 bis 337 kg/cm und vorzugsweise von 3116 bis 105 kg/cm . Das Atomverhältnis von freien Sauerstoff enthaltendem Gas plus der organisch verbundenen Sauerstoffatome in dem festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff zum Kohlenstoffatom in dem festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff (O/C-Atomverhältnis) kann generell im Bereich von etwa 0,7 bis 1,6 liegen. Bei im wesentlichen reinen Sauerstoff in der Einspeisung zur Reaktionszone kann der breite Bereich des O/C-Atomverhältnisses 0,7 bis 1,5 und vorzugsweise bei Lufteinspeisung etwa 0,8 bis 1,6, insbesondere 0,9 bis 1,4 betragen. Das Gewichtsverhältnis von GOp zu Kohlenstoff in der festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffeinspeisung liegt im Bereich von etwa 0,5 bis 2,0 und vorzugsweise im Bereich von etwa 0,7 bis 1,0. Die Verweilzeit in der Reaktionszone beträgt etwa 1 bis 10 sek, vorzugsweise etwa 2 bis 8 sek. In einer bevorzug-

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ten Ausführungsform findet die Partialoxidation der festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffe in Abwesenheit von Zusatzwasser statt. Ausgenommen sind nur relativ kleine Beträge an HpO, die in den restlichen Reaktandenstrcmen enthalten sind. In einer speziellen Verfahrensweise wird HpO bei einer Temperatur im Bereich von 10 bis 538 ⁰C in einer derartigen Menge eingegeben, daß ein Gewichtsverhältnis HpO zu festem, kohlenstoffhaltigen Brennstoff im Bereich von 0,01 bis 0,15 erzielt wird. Dieser Betrag ist erheblich unterhalb des üblichen Minimumgewichtsverhältnisses von HpO zu Brennstoff, das für gewöhnlich mit einem festen oder flüssigen Brennstoff in einem Synthesegasgenerator verwendet wird und entweder getrennt oder in Zusammenmischung mit einem der zwei Reaktandenströme eingeleitet wird. Bei im wesentlichen reinem Sauerstoff in der Einspeisung zum Gasgenerator kann die Zusammensetzung des Abgases aus dem Gasgenerator folgenden Gehalt in Mol.% (trocken) aufweisen: H₂: 5 bis 25, CO: 40 bis 75, 0O₂: 5 bis 25, GH^: 0,01 bis 3, H₂S+C0S: 0 bis 5, N₂: 0 bis 5, A: 0 bis 1,5- Mit Lufteinspeisung enthält das Generatorabgas die folgenden Bestandteile in Mol.% (trocken): H₂: 2 bis 20, CO: 15 bis 35, CO₂: 5 bis 25, CH^: 0 bis 2, H₂S₊COS: 0 bis 3, N₃: 45 bis 70, A: 0,1 bis 1,5.

Das heiße Abgas aus der Reaktionszone des Synthesegasgenerators wird schnell auf eine Temperatur von 149 bis 371 ⁰C unter die Reaktionstemperatur abgekühlt. In einer Ausführung der Erfindung wird das heiße Abgas durch direktes Quenchen in einem Wassersprühturm unter die Reaktionstemperatur abgekühlt. Beispielsweise kann das Kühlwasser mit dem Abgas in einem Quenchtank in Berührung gebracht werden, der in Abstromrichtung vom Gasgenerator angebracht ist. In einer Verbindungskammer zwischen der Reaktionszone und der Quenchzone, durch die der heiße Abgasstrom hindurchgeführt wird, wird ein Druckausgleich zwischen den beiden Zonen hergestellt. Rückflußwasser aus der Kohlenstoffrückgewinnungszone bzw. eine saubere Kohlenstoff/ Wasserdispersion kann durch den Sprühring am Kopf der Quench-

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zone eingegeben werden. Im Quenchbehälter werden große Dampfmengen erzeugt, um den Prozeßgasstrom zu sättigen. Dadurch kann Zusatzdampf hergestellt werden, der zur nachfolgenden Wasser/Gasumwandlungsreaktion benötigt wird.

Im wesentlichen alle Festkörperbestandteile werden aus dem Abgas herausgewaschen. Dadurch wird eine Dispersion aus nichtumgewandeltem Kohlenstoff, Asche und Quenchwasser hergestellt. Die restlichen Festkörperteilchen im gekühlten und gewaschenen Syntheseabgas, die die Quenchkammer verlassen, können durch gewöhnliche Mittel wie Venturi- oder Düsenwäscher entfernt werden (siehe Perry's Chemical Engineers'Handbook, 4. Ausgabe, McGraw Hill 1968, Kapitel 18, Seite 55-56.)

Nichtbrennbare Festkörperbestandteile wie Asche, Schlacke, Feinkohle, Metallverbindungen, Metallsilikate und andere Feststoffe, die nicht im Quenchwasser dispergieren, fallen auf den Boden des Quenchtanks, von dem sie periodisch durch ein Verschlußkammersystem entfernt werden. Diese Restbestandteile haben einigen wirtschaftlichen Wert und können als Bodenverbesserer oder zur Rückgewinnung der Metalle in eine Metallscheide/anlage gegeben werden. Beispielsweise werden für 4-5*4 kg zerriebene Rohkohle (Einspeisung Gasgenerator) etwa O bis 22,7 kg Asche produziert. Der Ascherest kann die folgenden Zusammensetzung in Gew.-% (trocken) aufweisen: SiOp: 10 bis 50, Alp 0,: 10 bis 50, Eisenoxide und Sulfide: O bi s 40 und restliche Bestandteile.

In einer anderen Ausführungsform kann das heiße Abgas aus der Reaktionszone des Synthesegasgenerators durch eine teilweise Kühlung auf eine Temperatur von 149 bis 343 C abgekühlt werden durch indirekten Wärmeaustausch in einem Abhitzekessel. Der größte Teil der Asche fällt aus dem Abgasstrom vor Eingabe in den Abhitzekessel aus und wird nach Quenchung mittels eines Verschlußbehälters entfernt. Die verbliebenen, mitgerissenen Festkörperteilchen können aus dem Abgas diirch Kontakt mit Quenchwasser und weiterer Abkühlung in einen Gas/Flüssigkontekt-

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behälter ausgewaschen werden. Beispielsweise kann ein Sprühturm, ein Venturi- oder Düsenwnscher, eine Sprudelplatte, eine Fraktioniersäule mit Packungen einzeln oder in Kombination dafür benutzt werden. In US-FS 2 ^99 7**·^Λ- werden geeignete Kühlverfahren für Synthesegas beschrieben. Für den Fall, daß im wesentlich reines Sauerstoffpas in den Gasgenerator eingegeben wird, kann das Synthesegas, das die Kühl- und Waschzone verläßtj gereinigt und als Quelle für neue Einspeisung für die Synthese von Kohlenwasserstoff oder Sauerstoff enthaltende organische Verbindungen verwendet werden.

Bezüglich der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist es wichtig, daß die festen Bestandteile wie Kohlenstoffteilchen und Asche aus dem Kühl- und Waschwasser entfernt werden, um das gereinigte Wasser zur Wiederverwendung benutzen zu können. Das Verfahren kann in einer Flüssig/Festkörpertrennzone durchgeführt werden.

In dieser Flüssig/Festkörpertrennzone können mehrere geeignete Methoden zur Herstellung eines sauberen Stromes von Wasser, Asche und Kohlenstoffteilchen benutzt werden. Es ist möglich, die Dispersion aus Kohlenstoffteilchen/Asche/Wasser in eine geeignete Standard-Sedimentationseinheit oder einen Schwerkraftabsetzer einzugeben. Klares Wasser wird abgezogen und in die Synthesegas-, Kühl- und Waschzone zurückgeführt. Eine Flotationsanlage von Froth kann z\ar Herstellung getrennter Ströme von Asche und angedickter Aufschlämmung des Kohlenstoffs und Wassers dienen. Die Kohlenstoff/Wasseraufschlämmung kann getrocknet werden zur Herstellung von trockenen Kohlenstoffteilchen mit relativ niedrigem Aschegehalt, die größtenteils zerrieben und ein Teil des festen Kohlenstoffbrennstoffs in die Einspeisung zurückgeführt werden kann. Da COp in der Reaktionszone verbraucht wird, muß Zusatz-CO« bereitgestellt werden. Vorzugsweise wird dies in der erfindungsgemäßen Anlage durch simultane Erhöhung des Wasserstoffgehalts bei katalytischer Wasser/Gasumwandlung erreicht. Beispielsweise kann

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alles oder nur ein Teil des gewaschenen Synthesegases mit oder ohne Zusatzwasser bei einer Temperatur von etwa 316 bis 538 °C en einem üblichen Katalysator für eine Wasser/Gasumwandlung reagiert werden. Ein solcher Katalysator "besteht "beispielsweise aus Fe₂ 0^: 85 Gew.-% und Cr₂O-^: 15 Gew.-^. Synthesegas + C0_? wird zu H₂+C0₂ umgesetii.Abweichend davon kann auch ein Kobaltmolybdänlcatalysator benutzt werden. Die umgewandeltenund nichtumgewandelten Teile des Prozeßpases können dann auch zusammengeführt werden.

Das Prozeßgas wird dann abgekühlt, um Wasser zu kondensieren und abzutrennen. COp und andere gasförmige Bestandteile, die säurehaltig sind, werden in einem nächsten Schritt durch Kühlung und chemische Absorption mit Methanol, heißem Kaliumcarbonat, Alkanol-Amin-Lösungen oder durch andere Absorptionsmaterialien. Durch diese Mittel kann der trockene Prozeßgasstrom in folgende Ströme zerlegt werden:

(a) einen trockenen, COp-reichen Gasstrom, der im wesentlichen COp und kleinere Bestandteile an H^S und COS enthält. Die Zusammensetzung in Mol.% ist folgende: COp: 90 bis 100, H₂S: 0 bis 10, COS: 0 bis 1;

(b) wahlweise einen relativ kleinen Gichtgasstrom,enthaltend im wesentlichen reines COp. Das Gichtgas enthält weniger als 1 bis 5 ppm an HpS und kann ohne Gefahr für die Umwelt abgezogen werden. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann dieser Strom auch beseitigt werden^

(c) ein trockener, HpS-reicher gasförmiger Gasstrom, enthaltend Gase aus der Gruppe H₂S, COS, COp und Mischungen derselben. Dieser Gasstrom kann den Rest des gesamten produzierten HpS enthalten, im wesentlichen alles hergestellte COS, Rest COp. Die Zusammensetzung dieses Gasstroms in Mol.% beträgt HpS: 20 bis SO, COS: 0 bis 2, Rest CO₂;

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(d) ein trockener Produktgasstrom, enthaltend im wesentlichen CO und Hp. Falls das freien Sauerstoff enthaltende Gas im wesentlichen aus reinem Sauerstoff besteht, ist die Zusammensetzung dieses Strom in Mol.>o (trocken): CO: 50 bis 70, Hp: 30 bis 50, N_p: 0 bis 5, A: 0 bis 1,5. Nach einer Wasser/Gasreaktion und COp-Entfernung beträgt die Zusammensetzung in Mol.%: CO: 0,5 bis 10, H₃: 90 bis 98, N₃: 0 bis 5, A: 0 bis 1,5· Sobald das freie Sauerstoff enthaltende Gas aus Luft besteht, ist die Zusammensetzung (trocken) in Mol.% folgende: CO: 15 bis 40, Hp: 10 bis 35, Np-. 40 bis 70, A: 0,5 bis 1,5 und nach der Wasser/Gasreaktion und der COp-Entfernung beträgt die Zusammensetzung in Mol.%: CO: 0,5 "bis 2, H_p: 35 bis 60, N_?: 40 bis 60, A: 0 bis 1,0.

Das trockene COp-reiche Gas (Strom a), wahlweise in Zusammenmischung mit Gichtgas (Strom b) , enthält einen Druck im

Bereich von 3,52 bis 352 kg/cm . Der Gasstrom wird dann in das unter Druck stehende Einspeisungssystem zurückgeführt.

Das trockene, HpS-haltige Gas (d) kann in eine übliche Claus-Anlage eingegeben werden, wo es mit Luft zur Herstellung von festen Schwefel und Wasser verbrannt wird. Überschußstickstoff und andere umweltfreundliche Verunreinigungen können in die Atmosphäre abgegeben werden.

Falls im wesentlichen reiner Sauerstoff in den Gasgenerator eingegeben wird, kann das trockene Produktgas (Strom b) als Einspeisung in katalytische Verfahren zur chemischen Synthese gegeben werden. Es können dann synthetische Alkohole, Aldehyde und Kohlenwasserstoffe hergestellt werden.

Der Strom in der oben genannten Zusammensetzung hat dann einen Heizwert von etwa 3400 kcal/Nnr und kann als Heizgas benutzt werden. Alternativ kann der Heizwert auf einen Wert von etwa

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3900 bis 9800 kcal/Ντη erhöht werden durch folgendes Verfahren:

Λ. Einstellung eines Molverhältnisses Hp zu CO auf einen Wert von etwa 1 bis S (wahlweise)

2. CO und Yi^ werden bei einer Temperatur im Bereich von 3^6 his 482 ⁰C und Generatordruck in einer katalytischen Methanisierungszone mit einem üblichen Methanisationskatalysator in Berührung gebracht.

3- HpO und COp sowie andere Verunreinigungen werden abgetrennt, um CH^-reiches Gas herzustellen, das die folgende Zusammensetzung in Mol.% hat: CH^: 90 bis 95, CO: 0 bis 5, E^: 0 bis 5.

Die Bereiche, die oben angegeben wurden, sind nach der üblichen Art bezeichnet worden. So hat z. B. das Molverhältnis von Hp zu CO im Bereich von 1 bis 5"die Bedeutung, daß 1 bis 5 Mole an Hp pro Mol an CO vorhanden sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

In einer Mühle 1 sind die oben beschriebenen Siebe eingebaut. Eine übliche Lufttrennanlage 2 spaltet die Luft in Stickstoff (Leitung 3) und im wesentlichen reinen Sauerstoff mit 95 Mol.% Op oder mehr (Leitung 4). Das Gebläse 5 befördert den Stickstoff bei einer Temperatur von 37,8 ⁰C · höher als Raumtemperatur über Leitung 6 durch die Mühle, um die festen Brennstoffteilchen über Leitung 7 zum Zyklonabscheider 8 zu transportieren. Stickstoff und Wasserdampf werden aus der Gas/Festkörperdispersion getrennt und über Leitung 9 in die Atmosphäre abgegeben. Gleichzeitig wird trockener, zerriebener Brennstoff in Teilchenform auf den Boden der Zyklone abgeschieden. Er fällt in den Eingangsbehälter 10.

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Schiebeventile 15 und 16 steuern den Fluß des festen Brennstoffs am Boden des Eingangsbehälters 10 in den Verschlußbehälter 17· Während der Befüllung und Entleerung des Verschlußbehälters 1? wird über die Leitung 18 und 19 sowie Ventil 20 in zyklischen Abständen.das COp-reiche Gps aus dem Verschlußbehälter 17 bei Betätigung der Schi ebeventi.l e 15 und 16 abgezogen.

Der unter Druck befindliche Betriebstank 21 bedient die Förderschnecke 22 mit zerriebenem,festen,kohlenstoffhaltigen Brennstoff. In Kompressor 23 wird das COp-reiche Gas durch Leitung 24 bis 26 für Tank 21 unter Druck gesetzt. Ein zweiter Teil des COp-reichen Gases wird durch Leitung 27, Drosselventil 28, das durch einen Differentialdruckgeber 29 gesteuert wird, und Leitungen 30 bis 31 in die Durchgangsleitung 32 des T-Mischers 33 eingegeben. Gleichzeitig wird der zerriebene, feste, kohlenstoffhaltige Brennstoff in die Förderleitung 34- des Mischers mittels Förderschnecke 24- eingegeben. Eine Vertauschung der eben erwähnten Anschlüsse ist möglich.

Eine sorgfältig durchgemischte Dispersion an zerriebenem Festbrennstoff in COp-reichem Gas wird am Auslaß 35 abgezogen und durch Leitung 36 in den Erhitzer 37 eingegeben. Der Erhitzer kann auch fortgelassen werden. Aus der Leitung 38 wird die Dispersion durch den Rinpkanal 39 des Ringbrenners 40 geschickt. Gleichzeitig wird ein strom freien Sauerstoff enthaltendes Gas aus Leitung 4 (im wesentlicher reiner Sauerstoff aus der Lufttrennanlage 2) durch den Erhitzer 11 und Leitung 12 in die zentrale Leitung 41 des Brenners 40 eingegeben. Wahlweise können auch zusätzliche Speiseströme wie Brennstoffe, Temperat\irmoderatoren, oder Flußmittel allein oder in ZusaTP.menmischunff mit den vorgenannten Speiseströmen durch Brenner 40 geschickt werden. Die Speiseströme können auch untereinander vertauscht werden.

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Auf dem vertikalen, durchflußhindernisfreien Synthesegasgenerator 43 ist in axialer Richtung auf Flansch 42 der Brenner 40 auf geschrs\ibt. Der Generator besteht a\is einem feuerfesten Material 44 und der Reaktionszone 45. Das Abgas, das die Reaktionszone verläßt, wird durch direkte oder indirekte Wärmeabgabe an einen Kühlmittel, beispielsweise Wasser, abgekühlt. Beispielsweise wird der Gasstrom über den Kanal 46 durch das Wasser einer Quenchzone (Quenchtank 47) geschickt. Auf diesem Weg; kann der Gasstrom mit Wasser aus dem Sprühring 48 besprüht werden. Dadurch wird der Abgasstrom in der Quenchzone mit Wasser gekühlt und gewaschen, so daß die meisten Festteilchen wie Asche und Ruß entfernt werden. Die Asche setzt sich am Boden des Quenchtanks 47 ab und kann von dort durch einen axial ausgerichteten Auslaß SO abgezogen werden. Über Leitung 51 gelangt sie in ein Verschlußkammersystem, bestehend aus Ventil 52, Leitung 53? Kammer 54-, Leitung 55 ·> Ventil 56 und Leitung 57. Die größeren Rußteile können eine Kohlenstoff/ Wasseraufschlämmung bilden, die aus der Qjienchzone 47 über Auslaß 58 und Leitung 59 abgezogen werden kann. Die Kohlenstoff/Wasserauf schlämmung kann dann zu einer Kohlenstoffwiedergewinmmgsanlage (nicht gezeigt), wie beispielsweise einem Absetzer geführt werden, wo sauberes Wasser abgesondert und in einen Düsenwäscher 62 mittels Leitung 63 zurückgeführt wird. Sauberes, aufbereitetes Wasser kann ebenfalls durch Leitung 63 eingegeben werden. Wahlweise wird der Kohlenstoff aus.der Kohlenstof fwiedergewinnungszone getrocknet , zerrieben und in Behälter 10 eingeführt.

Ein gesättigtes Prozeßgas wird aus dem Kopfauslaß 65 der Quenchzone 47 abgezogen und durch Leitung· 66 in den Düsenwäscher 62 eingegeben. Zurückgebliebener Kohlenstoff oder mitgerissene Festkörperteilchen werden vom Prozeßgasstrom im Düsenwäscher 62 mit Wasser aus Leitung 63 und einer Kohlenstoff/Wasserdispersion aus Leitung 67 gewaschen. Die Mischung

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aus Prozeßgas und Wasser verläßt den Düsenwäscher 62 über Leitung 68 und wird in den Gps/Flüssigseparator 69 eingeleitet. Ein erster Teil einer Kohlenstoff/Vasserdispersion wird aus dem Separator 69 durch Leitung 70 am Enden abgezogen. Dieser Strom kann mit dem Kohlenstoff/Wasserstrom aus Leitung· 59 zusammengeführt und in die Kohlenstoffwiedprgewinnungszone zur Abtrennung der oben beschriebenen Bestandteile eingegeben werden. Mittels Pumpe 75 wird ein zweiter Teil der Kohlenstoff/ Vasserlösung durch Leitung 76 und 67 in den Düsenwäscher 62 gepumpt. Wahlweise kann ein anderer Teil der Kohlenstoff/Wasserdispersion durch Leitung 77 und Einlaß 78 in die Quenchzone 47 gepumpt werden. Vorzugsweise wird ein anderer Teil durch Leitung 150, Einlaß 151 und Sprühring 48 in die Quenchzone gepumpt.

Ein sauberes Prozeßgas, das mit H_?0 gesättigt ist, wird an der Spitze des Separators 69 durch Leitung 79 abgezogen und in den Wärmeaustauscher 80 eingegeben. Bei Temperaturen von 260 bis 482 C wird der Gasstrom einem indirekten Wärmeaustausch mit einem Prozeßgasstrom ausgesetzt, der durch einen katalytischen Dreistufenkonverter 81 auf 316 bis 538 ⁰C aufgeheizt wurde. Ein Gaskühler 84 ist zwischen dem Katalysatorbett 85» 86 einer gewöhnlichen Wasser/Gasumwfmdlungsanlage angeordnet. Ein Kühler 87 befindet sich zwischen den Katalysatorbetten 86 und Beide Gaskühler 84 und 87 steuern die exotherme Reaktion, die in dem Umwandler vor sich geht, durch Aufheizung des Boilerspeisewassers, das durch Kühler 84 und 87 hindurchfließt. Zumindest ein Teil des vorgeheizten Prozeßgases aus dem Wärmeaustauscher 80 tritt in das erste Katalysatorbett durch Leitung 89 und 90 am Kopf des Ilmwandlers 81 ein und fließt serienweise durch drei Katalysatorbetten und die zwei zwischengeschalteten Kühler. Wahlweise kann ein Teil oder das gesamte Prozeßgas in Leitung 89 durch Leitung 91, Ventil 92 und Leitung 93 im Beipaß geführt werden.

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Nach einer Kühlung im Wärmeaustauscher 80 passiert das Prozeßgas Leitung 94 und Kühler 95 und wird dabei auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes gekühlt, um im wesentlichen das gesamte HpO aus dem Gasstrom auszukondensieren. Der Prozeßgasstrom wird dann durch Leitunsr 96 in eine Gas/Flüssigseparationsanlage 97 geführt, wo das auskondensierte Wasser durch Leitung 9^ entfernt wird. Der dadurch getrocknete Prozeßgasstrom wird durch Leitung 9^q am Boden des Säuregaswäschers in eine Gpsreinifcuners- und Trennzone eingeführt.

Inbegriffen in der Gasreinigungs- und Trennzone ist die folgende Ausrüstung: ein Säurepraswäscher 100 vom Glockentyp, in dem der Frozeßgasstrom mit mindestens einem Absorptionslösungsmittel gewaschen wird, z. B. Methanol. Absorptionsreageneratoren 105, 106 und 107 sowie verschiedene Ventile, Pumpen, Kühler, Wärmeaustauscher und Wiedererhitzer sind in dem System eingeschlossen. In der Gastrenn- und Reinigungszone kann der Prozeßgasstrom in die folgenden Gasströme aufgeteilt werden:

(a) einen COp-reichen Strom, der im wesentlichen COp und kleiner Bestandteile an HpS sowie COS-Verunreinigungen in Leitung 110 enthält;

(b) wahlweise einen Gichtstrom, der COp und weniger als 2 ppm HpS in Leitung 111 enthält;

(c) einen HpS-reichen Gasstrom, der im wesentlichen die Restbestandteile HpS und im wesentlichen das gesamte hergestellte COS in Leitung 112 enthält sowie CO_?;

(d) ein ProdtiktEtapptrom, der im wesentlichen CO und Hp enthält, wenn das freien Sauerstoff enthaltende Gas im wesentlichen aus reinem Sauerstoff besteht (Leitung 113)·

Für den Fall, daß das freien Sauerstoff enthaltende Gas aus Luft besteht, wird Stickstoff ebenfalls im Produktpas enthalten sein. Das Gichtgas (b) ist nur wahlweise enthalten und kann eliminiert werden.

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Das Prozeßgas, das durch Leitung 99 in den Bodenteil 115 des Säurepaswäschers 100 eintritt, wird mit einem flüssigen Absorptionslösungsmittel gewaschen, das den Wäscher durch Leitung 116 befüllt und durch Aufgußplatte 11? verteilt wird. Eine Verteilung tritt auch beim Überfließen des Absorbens über die Verteilerplatte 118 ein. Bas Absorbens enthält die meisten Bestandteile des im Verfahren hergestellten HpS und COS und wird am Fuß des Wäschers 100 durch Leitung 119 abgezogen und durch Expansionsventil 120 auf eine niedrigere Temperatur und einen niedrigeren Druck abgesenkt. Der Flüssigkeitstrom wird dann durch Leitung 121, Wärmeaustauscher 122 und Leitung 123 in den Kopfboden 12A- des Lösungsmittel regenerators 10? eingegeben. Der Flüssigkeitsstrom sinkt im Regenerator 107 ab und wird dabei in Berührung gebracht mit einem verdampften Absorberstrotn, der durch Leitung 125 eintritt und den Regenerator von unten nach oben durch Öffnungen in den Blasenkappen der Regeneratorböden durchströmt. Auskondensierte, flüssiges Absorbens, das im wesentlichen frei von HpS, COS und COp ist, wird durch Leitung 126 abgezogen. Dieser Gasstrom wird dann mittels Pumpe durch Leitung 128, 129 in den Wiedererhitzer 130 eingegeben, der der Strom aufgeheizt und verdampft . Der verdampfte Absorberstrom wird dann in den Regenerator 107 wie oben beschrieben eingegeben. Die regenerierte Absorberlösung wird in den Säuregaswäscher 100 zurückgeführt über Leitung 128, 131, Wärmeaustauscher 122, Leitung 133, Kühler 134 und Leitung 116. Ein HpS-reicher Gasstrom, der Gase von der Gruppe HpS,- COS, CO₂ und Mischungen derselben enthält, verläßt durch Leitung 112 an der Spitze des Regenerators 107 die Anlage und kann zu einer Vorrichtung, die nach dem Claus-Verfahren arbeitet, überführt werden zur Herstellung von festem Schwefel als Beiprodukt.

Der flüssige Absorbens auf dem Zwischenboden 135 des Wäschers 100 enthält CO₂ und einiges H₂S und COS. Um den Aufbau dieser Säuregase zu verhindern, kann die flüssige Absorberlösung durch Leitung 140 abgezogen und in dem Regenerator 105 in ähnlicher Weise wie.bereits beschrieben regeneriert werden. Das Gichtgas

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enthä]t GOp, HpR und COS und verläßt den Regenerator 105 über Leitung· 111. Die regenerierte Absorber] ösung wird zum Wäscher 100 zurückpeführt und tritt über Leituner 141 nahe dem Wäscherkopf ein.

Die flüssige Absorber] nsunp· auf dem Boden 11R des Wäschers 100 ist sehr COp-reich und enthält nur geringere Bestandteile an HpS. Die Absorberlösunp· wird diirch Leitung- 142 abgezogen und im Regenerator 106 entsprechend der aus Leitung 119 abgezogenen Absorberflüssigkeit regeneriert. Der regenerierte Absorber wird über Leitung 143 in. den Wäscher 100 zurückgeführt.

Der CO-reiche Gasstrom, der den Absorberregenerator 106 durch Leitung 110 verläßt, wahlweise in Zusammenmischung mit Gichtgas aus Leitung 111, wird in den Kompressor 23 zur Kompression und Rückführung in das bereits beschriebene Einspeisungssystem eingegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Beispielen und einer Zeichnung näher erläutert. Die Durchflußraten sind auf stündlicher Basis berechnet.

Ein Strom trockener, bituminöser Kohle von 11800 kg wird auf Teilchengröße entsprechend der oben genannten Siebgröße zerrieben. Die zerriebene Kohle wird in einen Düsenwäscher eingegeben und dispergiert in einem unter hohen Druck und unter hoher Geschwindigkeit befindlichen Gasstrom von 6040 Nm" eines C0₂-reichen Gases. Das COp-reiche Gas enthält in Mol.%: CO:

95,8 und H₀S: 4,2. Die Temperatur beträgt 71,2 ⁰C, der Druck

2
51 kg/cm und die Geschwindigkeit 69 m/sek. Die Elementaranalyse der Kohle ergibt in Gew.-%: C: 72,75, H: 5,24, N: 1,64, S: 3,35, 0: 7,65- Der Aschegehalt beträgt 9,37 Gew.-%.

Die Dispersion der zerriebenen Kohle und des COp-reichen Gases wird auf eine Temperatur von 37,8 ⁰C aufgeheizt und durch die Ringkanal zone des Ringbrenners in die Roaktionszone des durch-

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flußhindernisfrei en Synthese?· astreneratorp rait einer Geschwindigkeit von etwa 50 m/sek eingegeben. Gleichzeitig wird ein Strom von 7220 Nm eines im wesentlichen reinen Sauerstoff enthaltenden Gases (99,5 Mol.% bei einer Temperatur von etwa 149 C durch den Zentral kanal des Brenners eingepeben und bei einer Geschwindigkeit von 82 tn/sek wiederausgestoßen. Die beiden Gasströme vermischen sich gegenseitig in der Reaktionszone und stellen dadurch eine einheitliche Dispersion an Sauerstoff, Kohleteilchen und COp her.

In der Reaktionszone beträgt das Atomverhältnis von Op zum reinen Sauerstoff plus dem geb\mdenen organischen Sauerstoff in der Kohle z\i Kohlenstoff in der Kohle etwa 0,901. Das Gewi chtsverhältnis von CO₀ zur Kohle ist etwa 1,0. Die Temperatür beträgt 1427 C, und der Druck liegt bei 42,2 kg/cm . Die Kohlenstoffteilchen werden mit Sauerstoff durch Partialoxidation und mit CO^ reagiert. Das COp dient als Trägerstoff für die Kohlenstoffteilchen und' als Temperaturmoderator wäh-

der
rend/endothermen Reaktion mit Kohlenstoff.

Das COp-reiche Abgas aus der Reaktionszone wird gekühlt und gesäubert in einer Quenchzone, wobei es durch einen Wassersprühturm und durch Quenchwaseer in einem QuenchgefMß des Gasgenerators hindurchgeleitet wird. Bei dieser Behandlung des Wasserbesprühens und Waschens wird der meiste Bestand an Asche und Kohlenstoffteilchen ausgewaschen. Eine Mischung aus 2 Gew.-9ό Kohlenstoff/Asche/Wasser wird am Fuß des Quenchtanks abgezogen und in eine Abtrennzone eingeführt. Sauberes Wasser wird abgetrennt und für eine zusätzliche Gaswaschung bereitgestellt. Etwa 680 kg aschearme Kohlenstoffteilchen (Ruß) wird gewonnen und durch gewöhnliche Mittel getrocknet. Wahlweise wird dieser getrocknete Ruß und die Asche mit trockenem, zerriebenem Kohlezuschlag in dem Aufschlämmtank vermischt. Es kann auch mit dem Zuschlag zur Kohlemühle vermischt werden. Etwa 612 kg Asche mit einer Zusammensetzung in Gew.-%: Asche: 82, Kohlenstoff: 16,8, H: 0,2, S: 1,0 wird periodisch

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am Fuß der Quenchzone über ein Verschlußtanksystem abgezogen.

Das Prozeßpas, das die Quenchzone verläßt, ist mit Wasserdampf gesättigt. Die Temperatur beträert 21^Q C lind der Druck 42,2 ker/ctn . Etwa 1000 opm Ruß wird aus diesem Gasstrom entfernt durch Auswaschen mit Wasser in einem üblichen Düsenwascher. Hit dem beschriebenen Verfahren werden etwa 26870 Nur trockenes, GOp-reiches Gas mit etwa 374-00 Nm' Dampf in der folgenden Zusammensetzung (Mol.%) hergestellt: CO: 67,46, Hp: 16,30, CO : 13,03, CH₄: 0,50, H₂S: 1,65, COS: 0,34, A: 0,14" und N₂: 0,58.

Im Beispiel 2 wird der oben erwähnte Verfahrensablauf durch zusätzliche Verfahrensstufen ergänzt zur Herstellung eines COp-reichen Gasstromes, der in einen Düsenmischer zurückgeführt wird, um die zerriebenen Kohlenstoffteilchen mitzureissen und zu dispergieren. Etwa 64200 Nnr GOp-reiches, gesättigtes Produktgas aus Beispiel 1 wird auf eine Temperatur von 288 ⁰C aufgeheizt durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Abgas, das die Wasser/Gasumwandlungszone verläßt, die mit Kobalt-Molybdänkatalysator gefüllt ist. Das aufgeheizte Gas wird nacheinander durch drei Katalysatorbetten geleitet. Nach dem ersten und zweiten Katalysatorbett sind Temperaturfühler zur Steuerung der Gastemperatur eingebaut. Dps Verhältnis der Raumgeschwindigkeiten des durchgesetzten Gases zum Katalysator pro Stunde variiert von 8000 zu 1 im ersten Katalysatorbett bis 2000 zu im letzten Katalysatorbett. Die Ausgangstemperatur des Gases beträgt 316 ⁰C. In zwei Wärmeaustauscherstufen wird das Prozeßgas auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes auf etwa 65,6 ⁰C abgekühlt. Nach Entfernung des Wassers hat das Prozeßgas die folgende Zusammensetzung: CO: 4,48, H₅: 47,77, CO₂: 45,75, CH₄: 0,31, H₂S: 1,21, COS: 0,02, A: 0,10, N₃: 0,36.

Das Prozeßgas wird weiter behandelt in einem Säuregaswäscher und einem Fraktion!erturm mit einer Methanollösung und wird dann in die folgenden wasserfreien Ströme geteilt:

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(a) 22700 Nm Produktgas der folgenden Zusammensetzung in Mol.%: H₂: 90,2, CO: 8,4, N^A: 0,85, CH₄: 0,58;

(b) 6040 Nm' COp-reiches Kreislaxifp-as mit folgender Zusammensetzung'in Mol.%: CO₂! 95,8, H₂S: 4,2;

(c) I34OO Nm-⁵ C0₂~reiches Gichtgas folgender Zusammensetzung in Mol.%: CO₉: 99,77, H₂» 0,15, CO: 0,08.

Cd) HpS-reicher Gasstrom folgender Zusammensetzung in Mol.%: H₂S: 35,14, CO₂: 63,51, COS: 1,35-

Etwa 6440 Nm- des COp-reichen Kreislaufgases (b) werden auf

P in

einen Druck von 52,4 ker/cm verdichtet und/aen T-Mischer eingegeben, um zerriebene Kohle mitzureißen und zu dispergieren. Etwa 5 % des COp-reichen Gasstromes wird benutzt, um den Betriebstank im Einspeisungssystem unter Druck zu setzen. Der HpS-reiche Gasstrom (d) wird zu einer Claus-Anlage zur Rückgewinnung des Schwefels geleitet, wobei wahlweise das verbliebene COp-reiche Gichtgas aus c) zugemischt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Herstellung von Heizgas und COp verwendet werden. Die Betriebswerte können von einem Fachmann entsprechend eingestellt werden.

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Claims

T 75 057 Pat entansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Synthesegases, bestehend aus mindestens einem der folgenden Stoffe: CO, H-, COp, H₂O, CH^, H₂S, COS, N₂,A, dadurch gekennzeichnet , daß

zerriebene, feste Teilchen eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffs in einem hochverdichteten, sohnellströmenden, CO₂-reichen Gasstrom dispergiert werden der einen Druck im Be-

reich von etwa 3»52 bis 352 kg/cm und eine Geschwindigkeit im Bereich von etwa 1,5 bis 150 m/sek aufweist,

die Kohlenstoffteilchen bei einer Temperatur im Bereich von 26,7 bis 649 ⁰C und ein freien Sauerstoff enthaltendes Gas bei einer Temperatur im Bereich von etwa 26,7 bis 260 ⁰C in die Reaktionszone eines durehflußhindernisfreien, nichtkatalytisehen Gasgenerators .
eingegeben werden,

der kohlenstoffhaltige Brennstoff und das freien Sauerstoff enthaltende Gas einer Partialoxidation unterworfen werden und COp in der Reaktionszone bei einer sich selbst einstellenden Temperatur im Bereich von etwa 64-9 bis 1649 ⁰C und

einem Druck im Bereich von etwa 2,11 bis 337 kg/cm umgesetzt wird,

aus dem Abgas der Reaktionszone ein COp-reicher Gasstrom in einer Säuregaswiedergewinnungszone abgetrennt und

der COp-reiche Gasstrom komprimiert und als hochverdichteter, schnellströmender, COp-reicher Kreislaufstrom zur Einspeisung in die Reaktionszone zurückgeführt wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gewichtsverhältnis von CO₂ zu kohlenstoffhaltigem Brennstoff in der Einspeisung zur Reaktionszone im Bereich von etwa 0,5 bis 2,0 liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das freien Sauerstoff enthaltende Gas aus folgender Gruppe ausgewählt wurde: Luft, Sauerstoffangereicherte Luft mit mindestens 22 Mol.% Op und im wesentlichen reiner Sauerstoff mit mindestens 97 Hol.% O₂.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß H₂O in die Reaktionszone eingegeben wird, wobei die Temperatur etwa 10 bis 538 ⁰C beträgt und das Gewichtsverhältnis von HpO zu kohlenstoffhaltigem Brennstoff auf etwa 0,01 bis 0,15 eingestellt wird. ,

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Atomverhältnis von freiem Sauerstoff im freien Sauerstoff enthaltenden Gas plus organisch gebundenem Sauerstoff im kohlenstoffhaltigen Brennstoff pro Kohlenstoffatom im kohlenstoffhaltigen Brennstoff im Bereich von etwa 0,70 bis 1,6 liegt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der feste kohlenstoffhaltige Brennstoff aus folgender Gruppe einzeln oder in Zusammenmischung mit den übrigen Bestandteilen ausgewählt wird: Kohle, Kokskohle, Holzkohle, Petroleumkoks, teilchenförmiger Ruß, Ölschiefer, Teersand, Asphalt, Pech, Holz, Gummi, Gummireifen.

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7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße des kohlenstoffhaltigen Brennstoffs so gewählt ist, daß 100 % durch ein Standardsieb der Größe ASTM E 11-70 mit 4-25 um (Alternative Kr. 40) und mindestens 80 % durch ein Standardsieb der Größe ASTM E 11-70 mit 75 pm (Alternative Nr. 200) hindurchgehen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Atomverhältnis von Sauerstoff in freien Sauerstoff enthaltenden Gas plus der organisch gebundenen Sauerstoffatome im festen kohlenstoffhaltigen Brennstoff zu den Kohlenstoffatomen im kohlenstoffhaltigen Brennstoff im Bereich von etwa 0,70 bis 1,5 liegt, wenn das freie Sauerstoff enthaltende Gas im wesentlichen aus reinem Sauerstoff besteht und daß das Atomverhältnis 0,8 bis 1,6 beträgt, wenn das freien Sauerstoff enthaltende Gas Luft ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas aus der Eeaktionszone gekühlt und gesäubert wird und mitgerissene, feste Teilchen entfernt werden, um ein sauberes Prozeßgas herzustellen,

das iU-zu GO-Verhältnis des sauberen Prozeßgasstromes durch Einleitung zumindest eines Teiles dieses Stroms in eine Wasser/Gasumwandlungszone mit oder ohne zusätzliches Wasser gesteigert wird,

der diese Umwandlungszone verlassende Gasstrom in einer Gassäuberungs- und Trennzone in folgende Gasströme zerlegt wird:

(a) einen trockenen, COp-reichen Strom, der im wesentlichen COg und kleinere Bestandteile an H^S-und COS-Verunreinigungen enthält,

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(b) wahlweise einen Gichtgasstrom, der im wesentlichen CO₂ enthält,

(c) einen trockenen, HpS-reichen Gasstrom, der aus folgender Gruppe einzeln oder in Zusammenmischung besteht: H₂S, COS, CO₂,

(d) einen trockenen Produktgasstrom, der aus der folgenden Gruppe einzeln oder in Zusammenmischung besteht: CO, H₂, CH₄, A, H₂,

und zumindest ein Teil des trockenen, CO,,-reichen Gasstroms komprimiert und als hochverdichteter, schnellströmender, COp-reicher Gasstrom in die Reaktionszone des Gasgenerators eingegeben wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der trockene, COp-reiche Gasstrom und ein Teil des Gichtgases aus der Gasreinigungs- und Trennzone gemeinsam abgezogen und als komprimierter Verbundstrom in die Reaktionszone des Gasgenerators zurückgegeben werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Synthesegasgenerator einzugebende, zerriebene Kohle mit Hilfe eines Trägerstroms zu einer Gas-Festkörper-Trennanlage transportiert wird, wobei als Trägerstrom verdichteter Stickstoff aus einer Lufttrennanlage benutzt wird und der Stickstoff in der Gas-Festkörper-Trennanlage von der zerriebenen Kohle abgetrennt wird,

die zerriebene Kohle in eine druckbeaufschlagte Einspeisungszone eingegeben wird, die mit einer steuerbaren Eingabeeinheit zur Eingabe der zerriebenen Kohle in eine Mischzone ausgerüstet ist, in der die zerriebene Kohle in einen C0₂~reichen Gasstrom dispergiert wird bei einem

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. ρ

Druck im Bereich von etwa 3»52 bis 352 kg/cm und einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 1,5 bis 150 m/sek zur Herstellung einer Gas-Festkörper-Dispersion, die ein Gewichtsverhältnis von CCU zu zerriebener Kohle im Bereich von etwa 0,5 bis 2,0 aufweist.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des CO2~reichen Gasstromes, enthaltend im wesentlichen COp und kleinere Bestandteile an H_S-und COS-Verunreinigungen^ oder ein Gichtgasstrom, enthaltend COp und weniger als 1 bis 5 PP^m HpS^bzw. eine Mischung aus beiden Strömen als Trägerstrom zum Transport der zerriebenen Kohle benutzt wird.

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